CN104995489B - 用于运行磁感应的流量测量仪的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行磁感应的流量测量仪的方法，用于测量流动介质的流速，具有一个具有电磁装置和永久磁铁装置的磁场产生装置，用于在流动的介质中产生具有不同大小的磁通密度的磁场，并且还具有包括测量电极装置的测量装置，用于测量由磁场在流动的介质中感应的和由干扰电压叠加的测量电压，按照本发明给出前述类型的方法，其特征在于，执行由补偿测量过程和工作测量过程组成的测量循环，在补偿测量过程期间执行至少一第一测量过程、至少一第二测量过程和至少一第三测量过程，在第一测量过程期间在介质中产生第一磁通密度并且确定第一测量电压，在第二测量过程期间在介质中产生第二磁通密度并且确定第二测量电压，在第三测量过程期间在介质中产生第三磁通密度并且确定第三测量电压，由第一磁通密度、第二磁通密度、第一测量电压和第二测量电压确定流速，由第三磁通密度、第三测量电压和确定的流速确定干扰电压，在补偿测量过程以后执行工作测量过程并且该工作测量过程由至少一第四测量过程组成，在第四测量过程期间在介质中产生第三磁通密度并且确定第四测量电压，并且由第三磁通密度、第四测量电压和确定的干扰电压重新确定流速。

Description

用于运行磁感应的流量测量仪的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行磁感应的流量测量仪的方法，用于测量流动介质的流速。该磁感应的流量测量仪具有磁场产生装置，该磁场产生装置具有电磁装置和永久磁铁装置，用于在流动的介质中产生具有不同大小的磁通密度的磁场。该磁感应流量测量仪还具有包括测量电极装置的测量装置，用于测量由磁场在流动的介质中感应的和由干扰电压叠加的测量电压。
背景技术
十年以来，在现有技术中广泛地已知磁感应流量测量仪。对此例如参阅2002年埃森Vulkan 出版社由教授、博士工程师H.W. Bonfig撰写的文献“技术的流量测量”第123至167页，也参阅2003年由KROHNE 测量技术GmbH&Co.KG公司的工程师Friedrich Hofmann撰写的文献“磁感应流量测量基础”第三版。
磁感应流量测量仪的基本原理源自迈克尔 法拉第（Michael Faraday），他在1832年就已经建议，应用电磁感应原理测量导电介质的流速。按照法拉第感应定律在被磁场通过的流动的且导电的介质中产生垂直于介质流动方向的且也垂直于磁场的电场。
法拉第感应定律在上述形式的磁感应流量测量仪中由此充分利用，磁场产生装置提供磁场，该磁场穿过流动的介质。电磁装置具有至少一电磁铁并且永久磁铁装置具有至少一永久磁铁。穿过介质的磁场由确定的电磁铁或者说由通电的电磁铁和由永久磁铁或者说由那些永久磁铁产生，其中通电的电磁铁和永久磁铁的各个磁场叠加。在流动的介质中不同大小的磁通密度通过以不同的电流馈送至少一电磁场引起。在此该电流不仅可以在符号上而且可以在数值上彼此不同。
在介质中的磁场具有至少一垂直于磁场的流动方向的分量，由此在介质中构成不仅垂直于流动的介质方向而且垂直于磁场方向的电场。该电场的电场强度是穿过磁感应流量测量仪的介质流量的尺度。
该测量电极装置具有至少两次测量电极，它们与通流磁感应流量测量仪的介质处于电接触。每两个测量电极的布置最好对置地在平行于电场方向的公共轴线上相互间具有尽可能大的距离，由此使由电场在测量电极之间引起的测量电压最大。该测量电压是用于电场强度的尺度，并且测量装置为了确定流量由测量电压构成。也已知测量电极布置，其中测量电极电容地量取测量电压。
具有电极装置且没有用于产生磁场的永久磁铁装置的磁感应流量测量仪大多以交变磁场在流动介质中运行。交变磁场引起交变测量电压，由此能够至少部分地补偿干扰电压。用于补偿干扰电压的条件是，干扰电压的时间变化比交变磁场的时间变化更缓慢。此外电化学的干扰电压有助于干扰电压。
交变磁场可以是谐波交变磁场。在谐波交变磁场中磁场强度的时间变化是谐波振荡。谐波交变磁场可以通过馈送电磁装置由现有的交流电压网产生。具有谐波交变磁场的磁感应流量测量仪的运行仍然存在缺陷，如同由DE 199 07 864 A1第一栏第53行至第二栏第13行给出的那样。
在具有谐波磁场的磁感应流量测量仪的运行中产生的缺陷，可以通过具有交变磁场的运行避免，该交变磁场是接通的直流磁场。接通的直流磁场由至少两次间隔的周期重复序列组成，其中在每个间隔中磁场在起振过程以后是恒定的并且磁场在两个相互衔接的间隔中不同。不同的磁场通过至少一电磁场以不同的电流值通电产生。在此一个电流值通过电流数值和电流方向表征。因此磁场可以通过不同的场强和/或不同的磁场方向区别。接通的直流磁场大多由两个相同长度的间隔组成，间隔的磁场振荡地具有数值上相同的场强、但是相反的磁场方向。
在由现有技术已知的上述形式的磁感应流量测量仪中，电磁装置只用于改变永久磁铁装置的剩磁，由此能够减小磁感应流量测量仪的功耗。
但是，用于改变永久磁铁装置剩磁的电磁装置的能耗与仅仅通过电磁装置产生通过流动介质的磁场相比远高得多。因此永久磁铁装置的剩磁变化频率小于在只具有电磁装置的磁感应流量测量仪中的交变磁场频率。但是微小的剩磁变化频率也引起变差的干扰电压补偿。
发明内容
因此本发明的目的是，给出一种用于上述形式的磁感应流量测量仪的运行方法，具有改善的干扰电压补偿。
前面导出且展示的目的首先且主要由此实现，执行由补偿测量过程和工作测量过程组成的测量循环，在补偿测量过程期间执行至少一第一测量过程、至少一第二测量过程和至少一第三测量过程，在第一测量过程期间在介质中产生第一磁通密度B1并且确定第一测量电压UM,1，在第二测量过程期间在介质中产生第二磁通密度B2并且确定第二测量电压UM,2，在第三测量过程期间在介质中产生第三磁通密度B3并且确定第三测量电压UM,3，由第一磁通密度B1、第二磁通密度B2，第一测量电压UM,1和和第二测量电压UM,2确定流速
由第三磁通密度B3，第三测量电压UM,3和确定的流速vk确定干扰电压US=UM,3-kB3vk，在补偿测量过程以后执行工作测量过程，并且该工作测量过程由至少一第四测量过程组成，在第四测量过程期间在介质中产生第三磁通密度B3并且确定第四测量电压UM,4，并且由第三磁通密度B3、第四测量电压UM,4和确定的干扰电压US重新确定流速
在等式中k是常数，具有[k]=1m。
与由现有技术已知的上述形式的磁感应流量测量仪相比，通过按照本发明的用于运行磁感应流量测量仪的方法改善干扰电压的补偿，同时也减小功耗。与由现有技术已知的磁感应流量测量仪相比只通过一个用于产生磁场的电磁装置也降低功耗。
两个补偿过程的时间距离通过干扰电压在时间上变化的速度和对流速确定精度的要求确定。两个相互衔接的补偿测量过程的常见的时间间隔小于或等于20毫秒。介质在补偿测量过程期间的流速变化不利于确定流速，因此时间上短的补偿测量过程是有利的。
永久磁铁的剩磁可以通过永久磁铁在外部磁场中的磁影响改变。从外部磁场获得用于磁影响必需的能量。因此，为了降低磁感应流量测量仪的功耗有利的是，永久磁铁装置的剩磁不通过由电磁装置产生的磁场变化。为了实现这一点，一方面对于永久磁铁可以使用硬磁材料。另一方面，由电磁装置产生的磁场可以选择得这样弱，以至于只产生微小的永久磁铁装置剩磁变化。也能够组合两种措施。
为了改善测量精度有利的是，为了确定测量电压执行至少两次测量电压的测量。通过至少两次测量电压的测量减小在测量电压中的随机误差。
如果交替地执行补偿测量过程的第一测量过程和第二测量过程，能够进一步改善测量精度。通过这种方式可以减小测量电压的周期干扰。
在按照本发明的方法的特别优选的扩展结构中，所述电磁装置在第一测量过程期间通过第一电流通电并且在第二测量过程期间通过第二电流通电。第一电流的数值等于第二电流的数值，并且第一电流与第二电流的符号相反。通过电磁装置的这种通电给出的交变磁场例如可以是谐波的交变磁场或者也可以是接通的直流磁场。
在按照本发明的方法的另一特别优选的扩展结构中，所述第三磁通密度仅仅由永久磁铁装置产生并且电磁装置不通电。因此，在工作测量过程期间无需用于产生挤入介质的磁场的能量。即，只还在补偿测量过程期间需要用于产生磁场的电能。通过这种方式进一步降低磁感应流量测量仪的电功耗。
在按照本发明的方法的另一优选的扩展结构中规定，在第一步骤中，分别由相互衔接的介质流速确定在时间上的流速变化。在第二步骤中，将在时间上的流速变化与在时间上的典型干扰电压变化进行比较。典型的干扰电压的变化过程也可以是实验已知的干扰电压的变化过程。在第三步骤中，如果时间上的流速变化大于在时间上的典型干扰电压变化，则开始新的测量循环。通过按照本发明方法的这个改型能够，使在两个相互衔接的补偿测量过程之间在时间上的距离最大并因此进一步降低磁感应流量测量仪的功耗。
最后，按照本发明的方法也可以由此构成，推测在各个补偿测量过程之间的干扰电压的变化过程，并且对于计算流速引用推测的未来的干扰电压的变化过程。上述的推测可以利用插值实现。此外也可以有利地附加地使用预测地推测，并且对于计算流速引用推测的未来的干扰电压的变化过程。由此也给出可能性，附加地验证预测地推测的在衔接的补偿测量期间的干扰电压的变化过程，并且在超过最大允许偏差时事后修正位于过去时间中的测量值。
附图说明
对于在上面段落中描述的内容参阅包含在附图中的示意图。
具体实施方式
所有三个示意图图示出实际上的干扰电压的变化过程VS（t）和推测的干扰电压的变化过程V’S（t）。
第一示意图适用于优选的理论，据此推测在各个补偿测量过程之间的干扰电压的变化过程，并且对于计算流速引用推测的未来的干扰电压的变化过程。
附加地使用预测地推测并且对于计算流速引用推测的未来的干扰电压的变化过程，适用于第二示意图。
附加地验证预测地推测的在衔接的补偿测量期间的干扰电压的变化过程，并且在超过最大允许偏差时事后修正位于过去时间中的测量值，适用于第三示意图。
与第一示意图从属的理论相结合要指出，例如利用插值只能对于过去时间推测干扰电压，即，只能够对于时刻tn计算测量值，这些测量值直到时刻tn已经接收。直到下一次检测干扰电压尽管可以接收测量值，但是不补偿它们。这一点事后进行，一旦下一检测值出现干扰电压。
适用于第二示意图的本发明的优选理论，通过外插也可以推测干扰电压的未来值。第二示意图与第一示意图的唯一区别是，推测也超过时刻tn+2出现，尽管还没有接收对于时刻tn+3的值。由此能够立刻补偿并输出那个测量。
结合第三示意图要指出，在这里也推测干扰电压，其中对于时刻t＞tn+1的推测偏离实际上的干扰电压。由此在下一次测量干扰电压时给出误差。如果这个误差位于对于各自的执行定义的阈值以外，则对于过去时间修正干扰电压的推测。按照本发明的方法的这个扩展结构只考虑，能够实现事后修正测量值。这种情况是，尽管显示补偿的测量值，但是不给到其它系统。一个示例是体积测量，即尤其具体地是水表。

Claims (11)

1.一种用于运行磁感应的流量测量仪的方法，用于测量流动介质的流速，具有一个具有电磁装置和永久磁铁装置的磁场产生装置，用于在流动的介质中产生具有不同大小的磁通密度的磁场，并且还具有包括测量电极装置的测量装置，用于测量由磁场在流动的介质中感应的和由干扰电压叠加的测量电压，其特征在于，执行由补偿测量过程和工作测量过程组成的测量循环，在补偿测量过程期间执行至少一第一测量过程、至少一第二测量过程和至少一第三测量过程，在第一测量过程期间在介质中产生第一磁通密度并且确定第一测量电压，在第二测量过程期间在介质中产生第二磁通密度并且确定第二测量电压，在第三测量过程期间在介质中产生第三磁通密度并且确定第三测量电压，由第一磁通密度、第二磁通密度、第一测量电压和第二测量电压确定流速，由第三磁通密度、第三测量电压和确定的流速确定干扰电压，在补偿测量过程以后执行工作测量过程并且该工作测量过程由至少一第四测量过程组成，在第四测量过程期间在介质中产生第三磁通密度并且确定第四测量电压，并且由第三磁通密度、第四测量电压和确定的干扰电压重新确定流速。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述永久磁铁装置的剩磁通过由电磁装置产生的磁场不改变。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定测量电压执行至少两次测量电压的测量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述补偿测量过程的第一测量过程和第二测量过程交替地执行。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电磁装置在第一测量过程期间通过第一电流通电并且在第二测量过程期间通过第二电流通电，并且第一电流的数值等于第二电流的数值，并且第一电流与第二电流的符号相反。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三磁通密度仅仅由永久磁铁装置产生。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分别由两个相互衔接的介质流速确定在时间上的流速变化，将在时间上的流速变化与在时间上的典型干扰电压变化进行比较，如果时间上的流速变化大于在时间上的典型干扰电压变化，则开始新的测量循环。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，推测在各个补偿测量过程之间的干扰电压的变化过程，并且对于计算流速引用推测的未来的干扰电压的变化过程。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，附加地使用预测地推测并且对于计算流速引用推测的未来的干扰电压的变化过程。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，附加地验证预测地推测的在衔接的补偿测量期间的干扰电压的变化过程，并且在超过最大允许偏差时事后修正位于过去时间中的测量值。
11. 如权利要求8所述的方法, 其特征在于，利用插值来推测在各个补偿测量过程之间的干扰电压的变化过程。
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